3.2 Расчет сил инерции

Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс определяются по формуле:

где j – ускорение центра масс, равное ускорению поршня.

Знак минус показывает, что сила инерции направлена в сторону, противоположную ускорению. Силы инерции возвратно –поступательно движущихся масс действуют по оси цилиндра и как силы давления газов, являются положительными, если они направлены к оси коленчатого вала, и отрицательными, если они направлены от коленчатого вала. Кривую силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс строят аналогично кривой ускорения поршня.

Сила инерции вращающихся масс может быть определена, как:

Центробежная сила инерции вращающихся масс постоянна по величине (при ω=const), действует по радиусу кривошипа и направлена от оси коленчатого вала (рис. 3.3а).

3.3 Расчет суммарных сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

Как упоминалось ранее, на кривошипно-шатунный механизм в целом действуют различные силы, представленные на рисунке.

Рисунок 3.3 – Схема действия сил в кривошипно-шатунном механизме: а) инерционные и газовые силы; б) суммарные силы.

Динамические нагрузки на детали КШМ обусловливаются совместным действием сил давления газов на поршень и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс. Поэтому динамический расчет двигателя на расчетном режиме его работы производится исходя из действия суммарных сил, Н:

Суммарная сила направлена по оси цилиндра и приложена к оси поршневого пальца.

Сила N действующая перпендикулярно к оси цилиндра, называется нормальной и воспринимается стенками цилиндра, Н:

где β – угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра, определяемый как:

Сила S действующая по оси шатуна, передается кривошипу, Н:

Силу S, приложенную к оси шатунной шейки, можно разложить на две составляющие: тангенциальную силу Т, направленную по касательной к окружности радиуса кривошипа и силу, направленную по радиусу кривошипа K, H:

Сила К считается положительной, если она сжимает щеки колена. Сила Т принимается положительной, если направление создаваемого ею момента совпадает с направлением вращения коленчатого вала.

По кривой T = f(ϕ) можно выполнить оценку значения крутящего момента как одного цилиндра, так и двигателя в целом. Крутящий момент, Н·м:

Так как величина R конструктивная и, следовательно, постоянная, то характер изменения крутящего момента, создаваемого одним цилиндром, будет определяться характером изменения кривой T=f(ϕ).

Для построения кривой суммарного крутящего момента многоцилиндрового двигателя выполняют графическое суммирование кривых крутящего момента каждого цилиндра, сдвигая одну кривую относительно другой на угол Θ, соответствующий углу поворота коленвала между вспышками в цилиндрах. При этом принимается, что для всех цилиндров двигателя значения и характер изменения крутящих моментов по углу поворота коленвала одинаковы и отличаются лишь угловыми интервалами, равными угловым интервалам между вспышками в отдельных цилиндрах. Поэтому для подсчета суммарного крутящего момента достаточно иметь лишь кривую крутящего момента одного цилиндра.

Для двигателя с равными интервалами между вспышками суммарный крутящий момент будет периодически изменятся через угол:

для четырехтактного двигателя и

для двухтактного, где i – число цилиндров.

При графическом построении кривой M_KPΣ кривая M_KP = f(ϕ) одного цилиндра разбивается на число участков, равное . (рис. 3.4)

Рисунок 3.4 – Пример построения суммарного крутящего момента четырехцилиндрового рядного четырехтактного двигателя.

Среднее значение суммарного крутящего момента M_KPcp определяется по площади, заключенной между кривой M_KP и осью абсцисс, Н·м:

где F₁ и F₂ – площадь под кривой соответственно выше и ниже оси абсцисс, мм²;

ОА – длина углового интервала, мм;

М_М – принятый масштаб крутящего момента, Н·м/мм.